一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构及控制方法
阅读说明：本技术 一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构及控制方法 (Transformer substation direct-current power supply battery module mixing and combining structure and control method ) 是由 黎可 孙杨 解晓东 汪金礼 穆居易 胡晨 孙召琴 王绥军 于冉 金翼 易永利 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明属于直流电源技术领域,公开一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构及控制方法,所述路结构包括：连接直流母线的若干支路；每条支路包括依次串联的缓冲电路Pi、控制管理电路Qi和蓄电池组串Bi；控制管理电路Qi和缓冲电路Pi能够配合,用于控制对应支路的充放电状态；每条支路包括一电池管理系统BMSi；所述电池管理系统BMSi连接对应的缓冲电路Pi和控制管理电路Qi,用于根据采集的蓄电池组串Bi的充电信息,控制缓冲电路Pi和控制管理电路Qi。本发明通过缓冲电路与控制管理电路,调节不同电池组串在充放电过程中的状态,实现不同电池模块并联混用的需求,提高系统整体的可靠性；能够实现健康状态不同的直流电源电池模块混用。(The invention belongs to the technical field of direct-current power supplies, and discloses a mixing and combining structure of a direct-current power supply battery module of a transformer substation and a control method, wherein the circuit structure comprises the following components: a plurality of branches connected with the direct current bus; each branch comprises a buffer circuit Pi, a control management circuit Qi and a storage battery string Bi which are sequentially connected in series; the control management circuit Qi and the buffer circuit Pi can be matched for controlling the charging and discharging states of the corresponding branch; each branch comprises a battery management system BMSi; the battery management system BMSi is connected with the corresponding buffer circuit Pi and the control management circuit Qi, and is used for controlling the buffer circuit Pi and the control management circuit Qi according to the collected charging information of the storage battery pack string Bi. According to the invention, the states of different battery pack strings in the charging and discharging processes are adjusted through the buffer circuit and the control management circuit, so that the requirement of parallel connection and mixed use of different battery modules is met, and the overall reliability of the system is improved; the direct-current power supply battery modules with different health states can be used in a mixed mode.)
技术领域
本发明涉及直流电源技术领域，并且更具体地，涉及一种变电站直流电源电池模块混用与 合路结构及控制方法。
背景技术
随着变电厂站远期工程建设，常规负荷增加，直流电源蓄电池组也要相应扩容，由于新旧 电池健康状态不同，电池内阻、端压以及充放电电流等会存在不同，新旧电池组串如果直接并 联在放电时容量大的电池组会向容量小电池组充电，供能质量下降；电池组全部更换成本相应 升高。
因此，有必要开发针对性的系统，以实现不同电池模块混用的扩容需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构及控制方法，以解 决健康状态不同的直流电源电池模块混用的安全隐患；本发明通过缓冲电路与控制管理电路， 调节不同电池组串在充放电过程中的状态，实现不同电池模块并联混用的需求，提高系统整体 的可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构，包括：连接直流 母线的若干支路；
每条支路包括依次串联的缓冲电路Pi、控制管理电路Qi和蓄电池组串Bi；
控制管理电路Qi和缓冲电路Pi能够配合，用于控制对应支路的充放电状态；
每条支路包括一电池管理系统BMSi；所述电池管理系统BMSi连接对应的缓冲电路Pi 和控制管理电路Qi，用于根据采集的蓄电池组串Bi的充电信息，控制缓冲电路Pi和控制管理 电路Qi。
本发明进一步的改进在于：控制管理电路Qi包括一晶闸管Di和一控制管理开关Si；所 述晶闸管Di的阳极连接蓄电池组串Bi的正极，所述晶闸管Di与控制管理开关Si并联；晶闸 管Di的负极连接缓冲电路Pi；
缓冲电路Pi，包括一缓冲电阻Ri和一缓冲控制开关Ki，所述缓冲电阻Ri与缓冲控制开 关Ki并联；晶闸管Di的负极连接缓冲电路Pi的缓冲电阻Ri一端，缓冲电阻Ri的另一端连 接直流母线；
所述电池管理系统BMSi连接对应的缓冲控制开关Ki、控制管理开关Si。
本发明进一步的改进在于：所述电池管理系统BMSi连接对应的晶闸管Di；所述电池管 理系统BMSi能够控制对应晶闸管Di的设定参数，以控制整条支路的输出电压。
本发明进一步的改进在于：所有支路的电池管理系统相互连接。
本发明进一步的改进在于：第一状态时，缓冲电路Pi的缓冲控制开关Ki处于断开状态， 控制管理开关Si处于闭合状态。
本发明进一步的改进在于：第二状态时，缓冲电路Pi的缓冲控制开关Ki处于闭合状态， 控制管理开关Si处于闭合状态。
本发明进一步的改进在于：第三状态时，缓冲电路Pi的缓冲控制开关Ki处于闭合状态， 控制管理开关Si处于断开状态。
第二方面，本发明提供一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构的控制方法，包括 以下步骤：
电池管理系统BMSi获取蓄电池组串Bi的实际充电状态信息，所述实际充电状态信息包 括蓄电池组串Bi的充电电流、蓄电池组串Bi中单体电池的充电电压、蓄电池组串Bi中单体 电池的温度；
在充电过程中，电池管理系统BMSi比较蓄电池组串Bi中单体电池的充电电压与预设充 电电压，当蓄电池组串Bi中任一个单体电池的充电电压小于预设充电电压时；电池管理系统 BMSi断开缓冲控制开关Ki，闭合控制管理开关Si，允许充电设备通过直流母线对蓄电池组串 Bi执行充电操作；当蓄电池组串Bi中所有单体电池的充电电压大于或等于预设充电电压；电 池管理系统BMSi闭合缓冲控制开关Ki。
本发明进一步的改进在于：在充电过程中，电池管理系统BMSi还根据蓄电池组串Bi 的实际充电状态信息，实时判断充电操作是否出现异常；若判断充电操作出现异常时，断开控 制管理开关Si停止充电操作，并发送报警指令；
充电操作异常具体为：蓄电池组串过流、蓄电池组串过压、蓄电池组串过温、蓄电池组 串低温中的一种或多种。
本发明进一步的改进在于：预设充电电压等于直流母线额定电压的90％除以蓄电池组串 中单电池的只数。
第三方面，本发明提供另一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构的控制方法，包 括以下步骤：
电池管理系统BMSi获取蓄电池组串Bi的电池充电状态信息；并根据蓄电池组串Bi的 电池充电状态信息，计算当前电池的SOC-OCV状态，并将当前电池的SOC-OCV状态与电池管理系统BMSi中存储的历史数据库进行比对，获得蓄电池组串Bi的电池健康状态SOHi；
所有电池管理系统相互通信，获取所有蓄电池组串的电池健康状态SOH；比较所有蓄电 池组串的电池健康状态SOH，找到电池健康状态SOH值最小的一组蓄电池组串Bx；获取蓄 电池组串Bx在满电状态放电时的输出电压U；
电池管理系统BMSi控制对应的缓冲控制开关Ki闭合，控制管理开关Si断开，并控制 对应晶闸管Di的设定参数，使得每组蓄电池组串的输出电压均为U。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构及控制方法，包括：连接直流 母线的若干支路；每条支路包括依次串联的缓冲电路Pi、控制管理电路Qi和蓄电池组串Bi； 控制管理电路Qi包括一晶闸管Di和一控制管理开关Si；所述晶闸管Di的阳极连接蓄电池组 串Bi的正极，所述晶闸管Di与控制管理开关Si并联；晶闸管Di的负极连接缓冲电路Pi；缓 冲电路Pi，包括一缓冲电阻Ri和一缓冲控制开关Ki，所述缓冲电阻Ri与缓冲控制开关Ki并 联；晶闸管Di的负极连接缓冲电路Pi的缓冲电阻Ri一端，缓冲电阻Ri的另一端连接直流母 线；每条支路包括一电池管理系统BMSi；所述电池管理系统BMSi连接对应的缓冲控制开关 Ki、控制管理开关Si；通过采集获取直流母线上充电设备的实际充电参数以及蓄电池组串中各 单体电池的充电状态信息，并将所述采集的参数值与设置的参数阈值进行比较，根据比较结果 命令缓冲电路与控制管理电路执行相应的配合动作，调节不同电池组串在充放电过程中的状态， 实现不同电池模块并联混用的需求，提高系统整体的可靠性。
本发明通过缓冲电路与控制管理电路，调节不同电池组串在充放电过程中的状态，实现 不同电池模块并联混用的需求，提高系统整体的可靠性；能够实现健康状态不同的直流电源电 池模块混用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明优选实施方式的一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构的结 构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下， 本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明， 本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发 明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
请参阅图1所示，本发明提供一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构，包括：
若干蓄电池组串Bi、与蓄电池组串Bi连接的控制管理电路Qi以及与控制管理电路Qi 串联的缓冲电路Pi；变电站直流电源电池模块混用与合路结构共包括n组蓄电池组串，1≤i ≤n。每一组蓄电池组串Bi还设有一个电池管理系统BMSi。
控制管理电路Qi，包括一晶闸管Di和一控制管理开关Si；所述晶闸管Di的阳极连接蓄 电池组串Bi的正极，所述晶闸管Di与控制管理开关Si并联；晶闸管Di的负极连接缓冲电路 Pi；
缓冲电路Pi，包括一缓冲电阻Ri和一缓冲控制开关Ki，所述缓冲电阻Ri与缓冲控制开 关Ki并联。晶闸管Di的负极连接缓冲电路Pi的缓冲电阻Ri一端，缓冲电阻Ri的另一端连 接直流母线。
电池管理系统BMSi连接对应的缓冲控制开关Ki、控制管理开关Si和晶闸管Di。
实施例2
请参阅图1所示，本发明提供一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构的控制方法， 用于控制变电站直流电源电池模块进行充电，包括以下步骤：
S1、电池管理系统BMSi获取蓄电池组串Bi的实际充电状态信息，所述实际充电状态信 息包括蓄电池组串Bi的充电电流、蓄电池组串Bi中单体电池的充电电压、蓄电池组串Bi中 单体电池的温度；
S2、在充电过程中，比较蓄电池组串Bi中单体电池的充电电压与预设充电电压，当蓄电 池组串Bi中任一个单体电池的充电电压小于预设充电电压时；电池管理系统BMSi断开缓冲 控制开关Ki，闭合控制管理开关Si，允许充电设备通过直流母线对蓄电池组串Bi执行充电操 作；当电池组串电压过低时，直接接入充电会引发母线失压，组串通过串联电阻Ri的形式接 入母线变成“负载”进行充电；
当蓄电池组串Bi中所有单体电池的充电电压大于或等于预设充电电压；电池管理系统 BMSi闭合缓冲控制开关Ki；
预设充电电压为直流母线额定电压的90％除以蓄电池组串中单电池的只数；此预设充电 电压阈值可以有效防止蓄电池组串电压过低引起其他并联设备功率不足而失压，此时短路缓冲 电阻Ri也可以降低设备发热以及电能损耗。
在充电过程中，电池管理系统BMSi实时获取蓄电池组串Bi的实际充电状态信息，并根 据所述实际充电状态信息实时判断充电操作是否出现异常；若判断充电操作出现异常时，断开 控制管理开关Si停止充电操作，并向厂站集中监控发送报警指令，通知运维人员前来检修。 充电操作异常的判断条件包括：蓄电池组串过流、蓄电池组串过压、蓄电池组串过温、蓄电池 组串低温中的一种。
实施例3
请参阅图1所示，本发明提供一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构的控制方法， 用于控制变电站直流电源电池模块进行方法放电，包括以下步骤：
S1、电池管理系统BMSi获取蓄电池组串Bi的电池充电状态信息；并根据蓄电池组串 Bi的电池充电状态信息，计算当前电池的SOC-OCV状态，并将该状态与电池管理系统BMSi 中存储的历史数据库进行比对，获得蓄电池组串Bi的电池健康状态SOHi；
S2、所有电池管理系统相互通信，获取所有蓄电池组串的电池健康状态SOH；比较所有 蓄电池组串的电池健康状态SOH，找到电池健康状态SOH值最小的一组蓄电池组串Bx；获 取蓄电池组串Bx在满电状态放电时的输出电压U；
S3、电池管理系统BMSi控制对应的缓冲控制开关Ki闭合，控制管理开关Si断开，并控制对应晶闸管Di的设定参数，使得每组蓄电池组串的输出电压均为U，遏制直流偏流，实现各组串在放电过程中同步放电。
本发明提供一种变电站直流电源电池模块混用与合路结构及其控制方法，通过采集获取 直流母线上充电设备的实际充电参数以及蓄电池组串中各单体电池的充电状态信息，并将所述 采集的参数值与设置的参数阈值进行比较，根据比较结果命令缓冲电路与控制管理电路执行相 应的配合动作，调节不同电池组串在充放电过程中的状态，实现不同电池模块并联混用的需求， 提高系统整体的可靠性。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实 现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本 发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
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